Определение мощности (толщины) слоя

Исходная геологическая ситуация. Мощность (толщина) слоя - одна из основных характеристик любого геологического тела. Тем или иным образом особенности изменения значения мощности тела всегда указываются на геологических документах: картах, геологических разрезах, литолого-стратиграфической колонке. Причем на графических документах отображаются измеренные в поле значения мощности. Таким образом, при работе с геологическими (пластовыми) картами, при определении мощности слоя и пространственного положения любого геологического тела решается своеобразная обратная задача - устанавливаются первоначальные параметры элементов геологической среды по тем или иным объектам в поле или с помощью визуальных наблюдений.

Опыт показывает, что в полевых условиях мощность слоев (для конкретных разрезов) лучше сразу оценивать с помощью рулетки, хотя часто используются молотки и прочие шанцевые принадлежности с разметкой, пикетажки и компас, но измерение рулеткой приносит более достоверные данные, сохраняющие свое значение на длительное время.

При рассмотрении вариантов определения значения мощности слоя по геологическим и пластовым картам считается, что изображенные геологические тела в пределах карты характеризуются постоянной мощностью и пространственным положением.

Следует учитывать, что на учебных картах, в частности бланковых, представлена идеализированная модель структурного плана условного участка местности. В этом случае в геологическом строении территории выделены геологические тела (слои), характеризующиеся постоянными параметрами (в пределах данной карты): одно и то же значение мощности слоя, то есть подошва и кровля слоя идеально параллельны, и выдержанные значения элементов залегания слоя. Условно можно рассматривать представленные на картах моноклинали или несколько моноклиналей как пакеты оконных стекол, но положенные в разных направлениях, под разным углом, и при этом толщина каждого стекла различна. В данном случае нам следует определить лишь мощность каждого слоя, слагающего моноклиналь.

В последующем при комплексном изучении перспективных или разрабатываемых нефтегазовых структур (площадей) помимо многочисленных структурных и палеоструктурных карт отстраиваются и карты равных мощностей (толщин). Если при построении данных карт используются величины истинной мощности, то линии истинных равных мощностей называются изопахитами (карта изопахит). Чаще при подобных построениях используются значения лишь вертикальной мощности того или иного слоя, в этом случае линии равных мощностей определяются как изохоры (карты изохор).

Используемые данные и материалы. Для выполнения задания подходят все бланковые карты (прит. № 2-4, 8-10), где представлен выход слоя (или слоев) на поверхность. Для графических построений будут необходимы: линейка, простой карандаш, транспортир и штангенциркуль, ластик.

Алгоритм. Рассмотрение сценария решения задачи зависит главным образом от пространственного поло­жения слоя, изображенного на карте, и отчасти ширины выхода слоя на поверхности (рис. 1-4).

1-й вариант. При горизонтальном залегании слоя его вертикальная мощность совпадает с истинным ее значением и определяется как разность значений горизонталей, отмечающих гипсометрическое положение по­дошвы и кровли слоя. Если кровля слоя залегает на уровне отметки 85 м, кровля - соответственно на уровне 117 м, то мощность слоя составляет 32 м.

2-й вариант. При вертикальном залегании слоя или любого геологического тела необходимо с помощью измерительного инструментария точно определить ширину выхода этого тела и с учетом масштаба карты установить его мощность. Если ширина выделенного тела составляет 2 см, а масштаб карты 1: 5000, то это означает, что мощность этого тела 100 м.

3-й вариант. При наклонном залегании слоя изначально устанавливают значение вертикальной мощности слоя, а затем и значение истинной мощности, выполняя следующие построения.

1. Необходимо отобразить, желательно в пределах наиболее удобного для подобных построений «пластового треугольника», линию простирания (по кровле или по подошве), которая бы пересекла весь выход слоя (см. рис. 1). Определив значение этой линии простирания в кровле и в подошве слоя, устанавливаем разницу высотных положений этих поверхностей слоя - это значение и есть вертикальная мощность слоя. Допустим, что линия простирания выбрана по кровле слоя и ее гипсометрическое значение составляет 80 м, при проведении этой линии через весь выход слоя в подошве слоя ее значение уже составляет 60 м. Таким образом, вертикальная мощность этого слоя 20 м.

2. Для того чтобы найти истинную мощность слоя, которая, как следует из определения, всегда меньше вертикальной, предстоит вы­полнить дополнительные построения.

2.1. Если возможно, по той же поверхности слоя отрисовываем дополнительную линию простирания (см. рис. 2, а) исключительно для удобства построения. Если вы уверены в правильности последующего направления построения перпендикулярной линии, то дополнитель­ную линию простирания можно и не рисовать.

2.2. Определив азимут падения слоя, можно отобразить его графически, отстроив проекцию линии падения (с помощью транспортира или графических построений, см. раздел 2.2 первой части пособия), которая рисуется обычно от линии простирания с большим значением (см. рис. 2, а). Первые два действия можно и не выполнять, а дальнейшие графические построения привязывать к условной линии северного меридиана.

2.3. Зная или установив угол падения, получаем возможность отобразить графически значение вертикального угла (угла падения) на горизонтальной плоскости с помощью линии падения (линия ге). При этом значение угла падения откладывается от проекции линии падения, от точки ее пересечения с исходной линией простирания (см. рис. 2, а).

2.4. Полученная величина вертикальной мощности слоя (80 м - 60 м = 20 м) в данном графическом построении мо­жет быть отображена в виде отрезка на исходной линии простирания. Для этого значение вертикальной мощности слоя преобразуем в соответствии с масштабом карты, а полученное значение отмечаем как отрезок на линии простирания. 20 м в масштабе 1:5000 соответствуют интервалу в 4 мм (см. рис. 2, б).

2.5. Поскольку полученный отрезок отображает вертикальную мощность слоя в масштабе карты, то по второму его краю отображаем еще одну линию падения, параллельную первой. Расстояние между этими двумя линиями также составляет величину мощности слоя, выраженную в горизонтальном масштабе карты. Таким образом, получено отображение всего наклонно залегающего слоя - с кровлей и подошвой (см. рис. 2, в).

2.6. С помощью штангенциркуля или точной линейки измеряется перпендикулярное расстояние между кровлей и подошвой - истинное значение мощности слоя (см. определение). Полученное значение в миллиметрах или сантиметрах переводится в метры, учитывая масштаб карты (см. рис. 2, г). В качестве первой проверки правильности выполненных действий может быть произведено сравнение величин вертикальной и истинной толщины измеряемого слоя - значение истинной мощности должно быть меньше.

Известно несколько вариантов соотношения угла падения слоя и наклона элементов земной поверхности, при которых ширина выхода слоя сильно варьирует, в частности, характеризуется очень большой или очень узкой шириной выхода с учетом исходной мощности слоя. В этих случаях традиционные варианты графических построений не дают сразу желаемого результата. Чаще всего подобные трудности определяются тем, что не подбирается линия простирания, которая бы одновременно пересекла и кровлю, и подошву выбранного слоя.

При разрешении многих проблем подобного рода большое значение имеет использование свойств линий простирания. Следует помнить, что линий простирания может быть бесконечное количество и что они всегда параллельны, и выбраны по одной поверхности слоя, их сечение (заложение) часто определяется в соответствии с сечением горизонталей, но может быть и иным, более дробным и т.п.

Вариант 1. При значительной ширине выхода слоя ни одна линия простирания при пересечении выхода слоя не достигает его нижележащей (вышележащей) поверхности (см. рис. 3, а). В данном случае необходимо определить заложение линий простирания, другими словами, надо установить значение расстояния (в миллиметрах) между исходной и дополнительной линиями простирания (см. рис. 3, б). Зная эту величину, необходимо достроить дополнительные, условные (воздушные) линии простирания (см. рис. 3, в). В этом случае предполагаем и с помощью дополнительных линий простирания отстраиваем ранее существовавшее положение рассматриваемого слоя, те его участки, которые существовали до размыва. Следует достраивать линии простирания до тех пор, пока какая-либо из них не пересечет противоположную (ниже- или вышележащую) поверхность слоя (см. рис. 3, г). Определив значение линий простирания, рассчитываем разницу между значением линии кровли, которая достигла подошвы (150 м), и гипсометрическим значением подошвы в этой же точке (70 м). Разница значений (вертикальная мощность слоя) (см. рис. 3, г) составила 80 м. Если линии прости­рания не совпадают с горизонталями нижней (верхней) поверхности слоя, необходимо детализировать сечение линий простирания, что уже было продемонстрировано в предыдущем примере, когда выход слоя оказывался очень узким. При этом часто ошибки в построении и в расчетах обусловлены неверным определением направления падения (восстания) поверхности слоя.

Вариант 2. При небольшой ширине выхода слоя и чаще всего небольшой его мощности (рис. 4) также возникает ситуация, когда одна линия простирания пересекает и кровлю, и подошву слоя, но определить достоверно гипсометрическое положение одной из поверхностей не получается. При первом подходе к разрешению этой проблемы можно пропорционально отрисовать дополнительные, с большей детальностью значения гипсометрических отметок, линии горизонталей с сечением до 10, 5 и даже 1 м. Более традиционен второй подход, когда отображаются дополнительные линии простирания с более детальным сечением, по сравнению с ранее построенными линиями простирания. В последнем случае необходимо между основными линиями простирания, выбранными в соответствии с сечением горизонталей, построить дополнительные с меньшим и кратным значением. Допустим, ранее в данной карте при определении мощности моноклинально залегающих слоев использовалось сечение линий простирания, кратное 100 м. Но для ширины выхода какого-то слоя подобное сечение не подходит или неудобно для вычислений. В этом случае отображаются пунктиром или штрихпунктиром дополнительные линии простирания с сечением 50, 25 или 10 м.

Заметим, что простирание исходной линии простирания для выбранного слоя с очень небольшой шириной выхода определено по поверхностям других слоев, залегающих с данным пластом параллельно, в частности по горизонтали с отметкой 900 м (рис. 4). Допустим, что исходная линия простирания, построенная по подошве слоя, имеет значение 600 м, слой погружается в южном направлении и дополнительная линия простирания 500 м не позволяет рассчитать вертикальную мощность слоя. Отображаем между линиями простирания 600 и 500 м дополнительные линии простирания со значением 225, 250 и 275 м, одна из которых наверняка пересечет подошву слоя в точке, где возможно определить гипсометрическое положение подошвы. А поскольку линия простирания построена по подошве слоя, то разница значений линии простирания подошвы и гипсометрического значения кровли в точке их пересечения и есть вертикальная мощность слоя. В случае необходимости сечение линий простирания может быть выбрано с еще более детальным сечением (шагом) - в 10 или 5 м,- что позволяет детализировать построения и уточнить значение искомой величины мощности слоя. Если линия простирания (по подошве слоя) со значением 660 м пересекла подошву в гипсометрической отметке 500 м, это значит, что вертикальная мощность слоя составляет 60 м.